JPS6295441A - 内燃機関の燃焼監視装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼監視装置

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JPS6295441A
JPS6295441A JP23581285A JP23581285A JPS6295441A JP S6295441 A JPS6295441 A JP S6295441A JP 23581285 A JP23581285 A JP 23581285A JP 23581285 A JP23581285 A JP 23581285A JP S6295441 A JPS6295441 A JP S6295441A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、内燃機関の燃焼圧力を検出して燃焼状態を把
握する燃焼監視装置に関する。
(従来の技術) 近時、エンジンにより高い燃料経済性、運転性が要求さ
れる傾向にあり、かかる観点からマイクロコンピュータ
等を応用して燃焼状態を最適に制御することが行われる
燃焼状態を把握する方法の1つとしてシリンダ内におけ
る燃焼ガスの圧力(以下、筒内圧という)を検出する方
法があり、そのための手段として従来、例えば第20図
(al〜(C1に示すようなものが知られている(特公
昭41−5154号公報、SAE  テクニカルペーパ
 750883号等参照)第20図(alにおいて、1
はエンジンのシリンダヘッドを示し、シリンダヘッド1
に形成された点火栓ネジ孔2には点火栓3が螺合される
。点火栓3と取付座面4との間には座金としての圧力セ
ンサ5が挟み込まれて共線めされる。圧力センサ5は第
20図(b)、(C)に示すようにリング型の中心電極
6を中心にしてその両面に2枚のピエゾ圧電素子7と、
さらにその外側に上面電極8と下面電極9を順次積層し
て構成され、これらの内外周は絶縁性のモールド部材1
0で一体に固定される。また、中心電極6からはリード
線11がモールド部材10を通して取り出される。
このような圧力センサ5は点火栓3の座金として締め付
けられているため、シリンダ内の燃焼圧力が点火栓3に
作用すると、その締付力が増減変化して圧電素子7の発
生電荷が変化し筒内圧に応じた大きさの電荷信号を出力
する。したがって、エンジンの燃焼圧力を電気的信号と
して利用し易い形で取り出すことができる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の筒内圧センサにあって
は、電極にリード線を半田付けする構造となっているた
め、リード線が離脱してセンサ出力がゼロとなることが
ある。
マタ、センサハーネスとコントロールユニット(C/U
)との間のコネクタがはずれる、あるいはセンサハーネ
スとコントロールユニット間の接触抵抗が増大するとい
う事態が発生した場合であっても、上記同様にセンサ出
力がゼロあるいはゼロに近くなることがある。
かかる場合、燃焼状態の監視を誤り、監視装置としての
信頼性が低下する。その結果、このような監視情報Qこ
基づいてエンジンの燃焼状態を制御すると、燃焼状態の
悪化を招く。
(発明の目的) そこで本発明は、センサ出力の低周波振動成分と高周波
振動成分にそれぞれ燃焼エネルギに関連した特有の正常
パターンがあることに着目し、これら各成分の分析から
その正常/異常を判別してセンサの出力信号系の異常を
判定することにより、燃焼状態の監視精度を高めて、燃
焼監視情報としての信頼性を向上させることを目的とし
ている。
(発明の構成) 本発明による内燃機関の燃焼監視装置はその基本概念図
を第1図に示すように、エンジンの燃焼圧力を検出する
圧力検出手段aと、圧力検出手段aの出力から所定の低
周波振動成分を抽出する第1抽出手段すと、圧力検出手
段aの出力から所定の高周波振動成分を抽出する第2抽
出手段Cと、所定の低周波振動成分および高周波振動成
分に基づいてエンジンの燃焼サイクル毎に燃焼振動エネ
ルギに関連した物理量を演算し、該物理量から燃焼状態
を監視する燃焼監視手段dと、第1抽出手段すの出力か
ら低周波振動成分が異常であるか否かを判別する第1判
別手段eと、第2抽出手段Cの出力から高周波振動成分
が異常であるか否かを判別する第2判別手段rと、高周
波振動成分が異常で低周波振動成分が正常であるとき、
燃焼圧力の低周波振動パターンを分析して、圧力検出手
段aの出力信号系における電気抵抗が増大しているある
いは第2抽出手段Cが異常であると判定する異常判定手
段gと、を備えており、センサ出力信号系の異常を的確
に判断するものである。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2〜19図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明を点火時期を制御する装置に適用した例である。
まず、構成を説明する。第2図において、21は4気筒
エンジンであり、吸入空気は図中矢印で示すようにエア
クリーナ22より吸気管23を通して各気筒に供給され
、燃料は噴射信号Siに基づきインジェクタ24により
噴射される。各気筒には点火プラグ25が装着されてお
り、点火プラグ25にはディストリビュータ(図示略)
を介して点火コイル26からの高圧パルスPiが供給さ
れる。点火コイル26は点火信号Spに基づいて高圧パ
ルスPiを発生させて点火プラグ25に供給し、気筒内
の混合気は高圧パルスPiの放電によって着火、爆発し
、排気となって排気管27から触媒コンバータ28、マ
フラ29を順次通して排出される。
吸入空気の流量Qaはエアフローメータ30により検出
され、吸気管23内の絞弁31によって制御される。絞
弁31の開度CVはスロットルスイッチ32により検出
され、絞弁31をバイパスする空気流量はAACバルフ
゛33により8周節され、これによりアイドル回転数が
制御される。
一方、EGR4jlはEGRバルブ34により制御され
、EGRバルブ34の作動はVCMバルブ35によって
制御される。なお、36はBCバルブ、37はチェック
バルブである。
また、エンジン21のウォータジャケットを流れる冷却
水の温度Twは水温センサ38により検出され、エンジ
ン21のクランク角Ca 、 C+ はクランク角セン
サ39により検出される。排気中の酸素濃度は酸素セン
サ40により検出され、酸素センサ40は理論空燃比で
その出力Vsが急変する特性をもつもの等が用いられる
さらに、気筒内の燃焼圧力(筒内圧)は筒内圧センサ4
1により検出され、筒内圧センサ41は従来例と同様に
圧電素子により構成され点火プラグ25の座金としてモ
ールド成形される。筒内圧センサ41は点火プラグ25
を介しで圧電素子に作用する筒内圧を検出し、この筒内
圧に対応する電荷値を有する電荷信号S、を出力する。
なお、筒内圧センサ41は気筒毎に配設される。
その他に、燃料温度Tfは燃温センサ42により検出さ
れ、アクセルペダルの踏角量、Accはアクセルセンサ
43により検出される。トランスミッション44のニュ
ートラル位置NCはニュートラルスイッチ45により検
出され、車速Ssは車速センサ46により検出される。
なお、47はキャニスタ、48はツユエルポンプである
上記センサ群30.32.38.39.40.41.4
2.43.44.46からの信号はコントロールユニッ
ト50に入されており、コントロールユニット50はこ
れらのセンサ情報に基づいて筒内圧の算出や筒内圧信号
系の異常の有無判断等を行うとともに、その結果に応じ
て燃焼状態を最適に制御する。
なお、燃焼制御についてはEGR制御等各種のものがあ
るが、ここではノンキング制御に限定して説明する。
第3図は点火時期制御に関連する部分の全体的ブロック
図である。第3図において、コントロールユニット50
はチャージアンプ51a〜51d2マルチプレクサ(M
PX)52、高周波振動検出回路53、低周波振動検出
回路54、マイクロコンピュータ55により構成される
各気筒に配設された筒内圧センサ41a〜41dからの
電荷出力Sl□〜S−はそれぞれチャージアンプ51a
〜51dに入力される。チャージアンプ51aは第4図
にその詳細を示すようにオペアンプOP、 、OPZ 
、抵抗R3〜R11、コンデンサC5およびダイオード
D1〜D3からなるいわゆる電荷−電圧変換増幅器を構
成し、電荷出力S11を電圧信号si+に変換してマル
チプレクサ52に出力する。
なお、その他のチャージアンプ51b〜51dについて
も同様であり、それぞれ電圧信号82□〜St4を出力
する。上記筒内圧センサ41a〜41dおよびチャージ
アンプ51a〜51dは圧力検出手段56を構成する。
一方、コントロールユニット50にはさらにクランク角
センサ39からの信号が入力されており、クランク角セ
ンサ39は各気筒の圧縮上死点前(BTDC)70°で
基準信号Caを出力するとともに、クランク角の1度(
又は2度)毎に位置信号C1を出力する。なお、その基
準信号CaO内、第1気筒に対応する基準信号について
は、他の気筒に対応する基準信号よりもパルス幅を広く
している。
また、その位置信号C1は、その他の例えば0.1度等
の角度毎に出力するようにしてもよく、細かくする程、
制御精度が向上する。
マルチプレクサ52はマイクロコンピュータ55からの
選択信号Scに基づいてチャージアンプ51a〜51d
の出力信号S2+−314を気筒毎に択一的に切り換え
、信号S5として高周波振動検出回路53および低周波
振動検出回路54に出力する。高周波振動検出回路53
は第5図に示すように、バンドパスフィルタ60、増幅
回路61、整流回路62および積分器63により構成さ
れる。バンドパスフィルタ60はマルチプレクサ52か
らの信号Sznのうちノッキング振動に対応する周波数
帯(例えば、6〜15kHz)の信号成分のみを抽出し
、この抽出した信号成分を信号S4として増幅回路61
に出力する。増幅回路61は第6図に詳細を示すように
、オペアンプOP3、抵抗R1゜〜RI4およびコンデ
ンサC2からなり、バンドパスフィルタ60からの抽出
信号S4を増幅し信号S、として整流回路62に出力す
る。整流回路62は同図に示すようにオペアンプOP4
、抵抗RIS〜R11+、コンデンサC3およびダイオ
ードD4、D、からなり、増幅器61からの信号S、を
半波整流し信号S6として積分器63に出力する。
積分器63は同図に示すようにオペアンプOP。
、抵抗RI9〜R2□、コンデンサC4、ツェナダイオ
ードZDからなる積分回路と、抵抗R23およびトラン
ジスタQ1からなるリセット回路とからなる。そして、
そのリセット回路の一トランジスタQ1に入力されるマ
イクロコンピュータ55からのセット/リセット信号5
sllでタイミングをとられて、整流回路62からの信
号S、を積分回路で積分し積分信号S7として出力する
なお、この積分器63はマイクロコンピュータ55から
のセット/リセット信号SSRがハイレベル〔I(〕の
ときに、トランジスタQ、がオフ状態になって積分可能
状態になり、そのセット/リセット信号SSRがローレ
ベル(L)のときに、トランジスタQ、がオン状態にな
ってコンデンサc4の両端がショートされて積分停止状
態になる。
一方、低周波振動検出回路54は第7図に示すように、
ローパスフィルタ(LPF)64および増幅回路65に
より構成される。ローパスフィルタ64はマルチプレク
サ52からの信号Sznのうち所定の低周波数帯(例え
ば、1kHz以下)の信号成分のみを通過させ信号S、
として増幅回路65に出力し、増幅回路65は信号S8
を増幅し信号S、としてマイクロコンピュータ55に出
力する。
上記ローパスフィルタ64および増幅回路65は第1抽
出手段としての機能を有し、バンドパスフィルタ60お
よび増幅回路61は第2抽出手段としての機能を有する
再び第3図において、マイクロコンピュータ55は整流
回路62および積分器63と共に燃焼監視手段、第1判
別手段、第2判別手段および異常判定手段としての機能
を有し、CPU70、ROM71、RAM72、不揮発
性メモリ(NVM)73およびT10ボート74により
構成される。CP U3OはROM71に書き込まれて
いるプログラムに従ってT10ボート74より必要とす
る外部データを取り込んだり、また、RAM72、N 
V M73との間でデータの授受を行ったりしなからセ
ンサの異常判定やノック制御に必要な処理値を演算処理
し、必要に応じて処理したデータをT10ボート74に
出力する。T10ボート74にはクランク角センサ39
、高周波振動検出回路53および低周波振動検出回路5
4からの信号が入力されるとともに、T10ボート74
からは選択信号Sc、セット/リセット信号SIRおよ
び点火信号Spが出力される。
セット/リセット信号53jlは圧縮上死点前40度(
BTDC40°)で(H)レベルとなり、圧縮上死点(
AT、DC)で(L)レベルとなるとともに、さらにA
TDC5°で再び(H)レベルとなった後ATDC45
°で(L)レベルとなる。
点火信号Spは点火手段75に入力されており、点火手
段75は前記点火プラグ25a〜25d、点火コイル2
6、電源76、ディストリビュータ77およびパワート
ランジスタQ2により構成される。点火手段75は点火
信号S2に基づきパワートランジスタQ2を0N10F
F制御して点火コイル26の2次側に高電圧Piを発生
させるとともに、この高電圧Piをディストリビュータ
77により分配して点火プラグ25a〜25dに供給し
て混合気に点火する。
なお、この点火時期の制御(パワートランジスタQ2の
0N10FFIJ御)は、■/○ボート74の内部に設
けた図示しない進角値(ADV)レジスタに決定した点
火時期に相当する値(進角値)をセットし、これ等のレ
ジスタの値と位置信号CIをカウントするカウント値と
を比較して、一致した時点でパワートランジスタQ2を
ON状態又はOFF状態にする。
次に作用を説明するが、最初に本実施例におけるノッキ
ングの検出原理について述べる。
一般に、ノッキングによる筒内圧振動が現われるのは筒
内圧が最大となるクランク角度θρmax以降であり、
上死点後(ATDC)である。したがって、筒内圧振動
(燃焼室内圧力振動)の検出結果を整流積分した場合、
上死点後の整流積分値はノンキングの程度に応じた値に
なり、ノッキングの程度が大きい程大きな値になる。す
なわち、上死点後の整流積分値はノック時の振動エネル
ギに関連した値になる。そして、一般に人間の聴感によ
るノッキングレベルの判定は、定常的に発生している背
景雑音による音圧レベルとノンキング振動による音圧レ
ベルとの相対的な強度差によって行なわれていると考え
られる。
そこで、上死点後の整流積分値と上死点後の整流積分値
の平均値との差をとることにより、人間の官能評価に合
致したノンキングレベルを検出できる。
次に、このようなノッキング検出をするためのコントロ
ールユニット50による高周波振動検出回路53の積分
163の積分動作の制御について第8図(以下ここては
「同図」と称す)を参照して説明する。
まず、4気筒機関においては、第1気筒#l〜第4気筒
#4を#1−#3−#4−#2−#lの順序で点火制御
する。
このとき、クランク角センサ39からは、同図(イ)に
示すように各気筒の上死点(TDC)前70度で基準信
号Caが出力され、前述したように第1気筒についての
基準信号Caのパルス幅は他の気筒についての基準信号
よりもパルス幅が広い。
又、このクランク角センサ39からは、同図(ロ)に示
すようにクランク角1° (又は2°)毎に位置信号C
1が出力される。
一方、筒内圧センサ41およびチャージアンプ51が正
常なときには、チャージアンプ51からは、同図(ハ)
に示すような検出信号Sil+が出力され、他のチャー
ジアンプ51a〜51dからも同様な検出(S 号S 
2□〜SZ4が出力されるので、マルチプレクサ52か
らは、同図(ニ)に示すような検出信号S2nが出力さ
れる。それによって、このマルチプレクサ52からの検
出信号Sznから第1信号処理回路53のバンドパスフ
ィルタ60で所定周波数の信号のみを抽出して、増幅回
路61で増幅したとき、この増幅回路61からは、同図
(ホ)に示すような検出信号S5が出力され、これを整
流回路62で半波整流することによって同図(へ)に示
すような検出信号S6が積分器63に入力される。
そこで、マイクロコンピュータ55はクランク角センサ
39からの基準信号Caが入力された時点から内部カウ
ンタを起動して位置信号C4のカウントを開始する。そ
して、マイクロコンピュータ55は同図(チ)に示すよ
うに、例えば第1気筒についてATDC5°になった時
点t、で、セット/リセット信号Ss、Iを(H)にし
て積分器63の積分動作を開始させ、ATDC45°に
なった時点t2でセット/リセット信号SsRを(L)
にして積分動作を停止させる。それによって、積分器6
3から出力される積分信号S、は時点り、〜t2の間で
は、例えば同図(ト)に示すようになり、時点t、〜t
2の間の積分動作によってノック時振動エネルギに相関
する積分値が得られる。
なお、マイクロコンピュータ55は第2気筒〜第4気筒
についても同様なタイミングで積分器63の積分動作を
制御するので、積分器63がら出力される積分信号S7
は全体として同図(ト)に示すようになる。
そこで、マイクロコンピュータ55は各ADTC45゛
における積分信号s7をA/D変換して、このA/D変
換値をノック時の振動エネルギに相関した量(以下、振
動相関量という)KとしてRAM72の所定アドレスに
格納する。
次に、MBT制御を行うために必要な燃焼ピーク位置θ
pmax (燃焼室内圧力が最大となったときのクラン
ク角をいう。以下、同様)を求めるプログラムについて
第9図を参照して説明する。
第9図に示すプログラムはクランク角センサ39からの
位置信号CIに同期して2’ CA毎に一度実行される
まず、Plで第10図(イ)に示すように変化している
圧力信号Sz+(1気筒相当の信号を示す)から高周波
成分をカットした信号S、(第10図(ロ)参照)のA
/D変換を開始させるタイミングであるか否かを判別し
、開始タイミングでないときは直ちに図示しないメイン
ルーチンにリターンし、開始タイミングのときはPzに
進む。
ここに、P、の判別処理は具体的には次のようにして処
理される。
すなわち、I10ポート74はクランク角センサ39か
らの位置信号CI  (2°信号)(第10図(ハ)参
照)を内部のカウンタによってアップカウントしており
、このカウンタは第1気筒に対応するパルス幅の広い基
準信号Caから作った図示しない気筒判別信号が入力す
る毎にカウント値がリセットされる。そして、このカウ
ンタのカウント値をPIの実行毎に読み込み、その読込
値が各気筒の燃焼行程程のクランク角範囲に対応するカ
ウント値の各区間O〜90.90〜180.180〜2
70.270〜360毎にθpmax検出用として予め
定めたX、x+90、X +180 、x +270と
一致する毎に第1のフラグを立てる。第1のフラグは後
述するθpmaxが算出された時点でリセットされるよ
うにしておいて、この第1のフラグが立っている間のみ
P2に処理を進めるようにする。
P2ではx+90Xn (n=o、1.2.3)を基準
としたクランク角を検出するために、クランク角カウン
タ (ソフトカウンタ)を(+1)  (2’CAに対
応)だけアンプカウントする。次いで、P3でI10ボ
ート74のA/D変換器を起動してそのときの圧力信号
S9 (第8図(す)参照)をA/D変換するとともに
、このA/D変換値を例えば数10μsec後に読み込
む。P4では圧力信号S、のA/D変換値の前回と今回
における差値ΔPを次式■に従って演算する。
ΔP=AD1−ADφ ・・・・・・■但し、ADI:
今回のA/D変換値 ADφ:前回のA/D変換値(最初は φ) 次いで、P、で差値ΔPを基準値ΔP0と比較する。基
準値ΔP0は圧力信号S9の信号レベルが最大になった
と判断するための値であり、予め所定値に設定される。
ΔP≧ΔP0のときは圧力信号S、の信号レベルが最大
になっていないと判断し、Pbで今回のA/D変換値A
DIを田植ADφとしてリターンする。一方、ΔPくΔ
P0のときは圧力信号S、の信号レベルが最大になった
と判断し、P?でそのときのクランク角カウンタのカウ
ント値αと前述のXとから燃焼ピーク位置θpmaxを
次式■に従って演算する(第10図(ハ)参照)。
θpmax=2(α+x ) −70−−■なお、θp
maxは上死点を基準としたクランク角で表される。そ
して、θpmaxの演算が終わると、前述した第1のフ
ラグをリセットするとともに、クランク角カウンタのカ
ラントイ直をリセットする。
次いで、P8で次回のA/D変換のためADφをゼロに
クリアしてリターンする。
以上のような処理を遂次行うことによって燃焼ピーク位
置θpmaxが求められる。
次に、点火時期制御について第11図に示すプログラム
を参照して説明する。本プログラムはθ9ma×が演算
される毎に一度実行される。
まず、P、でエンジン回転数Nと吸入空気IQaをパラ
メータとする第12図に示すようなテーブルマツプから
基本点火時期ADVφをルックアップする。このテーブ
ルマツプはエンジン回転数Nとエンジン負荷(吸入空気
量Qaをデータとする他、例えば絞弁開度や吸気管内圧
等の負荷センサ出力に基づくデータでもよい)の関数と
して与えてあり、低負荷域では略MBTの条件に設定さ
れ、高負荷域ではノッキングレベルに応じて設定される
。但し、このテーブルマツプは機関個々のバラツキ、経
時変化、環境変化(湿度変化、燃料オクタン変化等)な
どを考慮せずに、例えばこれらのバラツキの中央値でマ
ツチングした値により作成され、後述のMBT制御によ
りこれらの変動要因を吸収してデータとしての精度を維
持している。
次いで、P、□で本ルーチンの実行によりNVM73に
学習記憶された点火時期補正量の学習値AD■1 (+
、−の符号付データ)を、上記同様にNとQaをパラメ
ータとするテーブルマツプからルックアンプする。PI
3では高周波振動検出回路53からの積分信号S7をA
/D変換しノックレベルデータKVとして取り込み、R
14でこのKVを所定のスライスレベルKVφと比較す
る。KVφは、例えば極めて軽微で実用上全く問題のな
いノックレベルに対応した値に設定される。KV<KV
φのときはノックが発生していないと判断し、pusで
燃焼ピーク位置θpmaxが発生トルクを最大とする所
定位置にくるように上記学習値ADV 1を併用して点
火時期のMBT制御を行い、PI6で点火信号Spを出
力する。なお、MBT制御の詳細については従来周知で
あり、例えば特開昭58−82074号公報に記載され
ているのでここでは省略する。
一方、KV≧KVφのときはノックが発生していると判
断し、PI7でノックを抑制するように点火時期のノッ
ク制御を行い、PI&に進む。以上、本発明が適用され
るシステムの入力信号処理と制御の概略について説明し
た。
次に、筒内圧信号系の異常判別原理とその態様につき別
表を参照して説明する。
筒内圧信号系の異常モードは別表に示すように■〜■の
4種類に区分され、その内容は次の通りである。
モード I 燃焼ガスが点火栓ネジ孔から筒内圧センサ41の方へ抜
は出る場合である。この場合、燃焼ガスは点火栓ネジ孔
を減衰しながら通過するため、低周波抑制成分の圧力(
ガス抜けによる圧力)が筒内圧センサ41の圧電素子に
印加される形となって、点火プラグ25による圧電素子
への力のかかり方に対して逆方向の力が作用することに
なる。そのため、低周波振動成分を相殺することとなっ
て、低周波の筒内圧信号S9の値が通常より小さくなる
一方、上記逆方向の力も点火プラグ25の圧電素子への
高周波振動成分には影響を与えないため、その大きさは
変わらない。
モード ■ 筒内圧信号系(センサ信号系)の電気抵抗が増大したよ
うな場合、例えばセンサ信号線のコネクタ部における接
触抵抗の増大がある場合である。
チャージアンプ51の入力部を筒内圧センサ41の圧電
素子41Xも含めて図示すると、第13図に示すように
なる。ここに、圧電素子41Xの静電容量をC0、ハー
ネス部の抵抗をR8とすると、C0とR,で一種のRC
フィルタが構成される。このRCフィルタの減衰率AT
Tは次式〇で表される。
・・・・・・■ したがって、コネクタ部の接触抵抗のために抵抗R8の
値が増大すると、高周波振動成分はど減衰率ATTが大
きくなる。そのため、低周波振動は正常であっても、高
周波振動成分が異常に小さくなってノッキングの検出が
困難になる。
モード ■ 失火の場合である。失火すると高周波振動成分が検出さ
れなくなるのは当然であるが、それだけではモード■と
の区別が難しい。一方、失火すると燃焼による筒内圧の
増大がないため、低周波振動波形がTDCを軸として対
称な形となる。したがって、モード■との区別は筒内圧
波形の対称判断によって可能となる。
モード ■ 筒内圧信号系のオーブン又はショートの場合である。し
たがって、高周波振動成分も低周波振動成分も出なくな
る。
なお、別表には上記各モードI〜■の場合の整備点検内
容および修理内容も併せて示す。
次に、上記原理に基づく低周波振動成分の異常判別につ
いて第14図に示すプログラムを参照して説明する。本
プログラムはクランク角センサ39からの信号CIに同
期して2°CA毎に一度実行される。
本プログラムでは低周波信号S9を処理するため、前述
の第9図に示したルーチンと同一処理を行うステップを
包含しながらフローが流れる。したがって、以下の説明
中、第9図のものと同一処理内容のステップには○印で
囲む同一番号を付して、その処理説明を省略する。
P、〜P3を経ると、PZI””P:l。からなるステ
ップで筒内圧の低周波波形を等間隔に分析する処理を行
う。すなわち、PZl=PtSの各ステップでクランク
角カウンタのカウント値CTが第15図に示すように、
TDCを中心として等間隔に設定されたそれぞれのクラ
ンク角CAL〜CA5と等しいか否かを判別する。判別
の結果、YES命令に従うときはPill〜P3゜の各
ステップでそれぞれ該当するクランク角CAL〜CA5
における筒内圧(圧力信号S9)のA/D変換値をPA
、〜PA、としてRAM72にストアする。
次いで、P4〜P6のステップ処理に移行する。
P、でΔP〈ΔP0のときは圧力信号S、のレベルが最
大になったと判断して、PIIでフラグFPMAXが立
っているか否かを判別する。フラグFPMAXは燃焼ピ
ーク■位置θpmaxの演算が終了したとき立てられる
ものである。FPMAX−〇のときはP7でθpmax
を演算するとともに、P3zでフラグFPMAXを立て
てリターンする。また、FPMAX= 1のときは既に
θpmaxが求められているため、P33でθpmax
を求めるためにクランク角をカウントしているカウンタ
(以下、θ。
カウンタという)のカウント値θTをTDC後の前記所
定クランク角CA5と比較する。このような比較を行う
のは、θpmaxの演算後もクランク角がCA5になる
迄2°毎のA/D変換処理を継続して第1のフラグFG
Iをクリアするためである。
θT>CA5のときはP34でカウント値θTがCA5
以上であるか否かを判別する。θT≧CA5のときはP
ISで第1のフラグFGIをクリアしてリターンする。
また、P31、P34でθT<CA5のときはそのまま
リターンする。
また、上記ステップP5からP、へと進んだときは、圧
力信号S、のレベルが最大になっていないと判断される
ため、P36でフラグFPMAXをクリアしてリターン
する。
一方、上記ステップP、でA/D変換の開始タイミング
でないと判断したときは、P37以降のステップに分岐
して低周波振動成分の異常判別を行う。
まず、P37でTDCにおける筒内圧のA/D変換価P
A3を異常判別のための基準値P TDCと比較する。
ここに、P TDCは吸入空気11Qaと回転数Nをパ
ラメータとして(すなわち、Proc=func  (
Qa、 N)なる関数形式で表わされる)、バンクグラ
ンドジョブ(BGJ)によりテーブルルックアップされ
るもので、正常時におけるTDCのときの筒内圧である
PAa<Ptocのときは前述の異常モード■、■に該
当すると判断し、PIllで異常フラグFLOWを立て
るとともに、これをNVM73にストアしてリターンす
る。また、PA3≧P TDCのときは圧力信号S、は
正常であるが、失火の場合も想定されるのでP3.以降
のステップでこれを判定する。
すなわち、P39で異常フラグFLOWをクリアし、P
4゜で対称差値ΔP、を次式■に従って演算する。
ΔPr  = (PAs   PA+  )+  (P
A、−PA2 )・・・・・・■対称差値ΔP、はTD
Cに関して対称的な2組のクランク角における筒内圧の
差を表しており、失火時には筒内圧が車なるモータリン
グ波形となるので、ゼロに近い値となる。
そこで、PA1で対称差値ΔP、を上記ゼロに近い基準
値ΔPfOと比較し、ΔPf≧Δproのときは正常燃
焼と判断してP42で失火フラグFMISSをクリアし
てリターンする。また、ΔP、くΔPfOのときは失火
と判断してPA3で失火フラグFMissを立てるとと
もに、これをNVM73にストアしてリターンする。な
お、低負荷のときは圧力信号S、のレベルが失火時のレ
ベルに近づくので、上記基準値Δproの値はバンクグ
ランドジョブで予めゼロに設定される。
次に、高周波振動成分の異常判定方法について説明する
ノッキングの検出原理で述べたように、上死点後の整流
積分値S、から導かれる振動相関量にとにの平均値マと
の差KV (KV=に−Kl 、但し、Wlは非ノツク
時におけるKの平均値)はノンキングレベルを表すパラ
メータとなる。しかし、Kそのものでは高周波振動の異
常判定に困難を伴うことがある。例えば、高周波振動が
異常である場合、一般的にKの値が小さくな名傾向を示
す。このとき、仮りにセンサの入力信号系がオープンで
あれば電気ノイズのみが積分されることとなり、Kの絶
対値では異状判定が難しい。
そこで、Kの変化率を表す分散値σ(K)を次式■に従
って求め、 σ (K)= (K−K)”  ・・・・・・■この分
散値σ(K)に基づいて異状判定を行う。
なお、σ(K)は単純に(K−K)”とするのではなく
、(K−K) 2の移動平均をとるようにする。そして
、(K−K) 2の小さい状態が継続すると、σ (K
)は小さくなり続けてセンサの入力信号系がオープンで
あるときの(K−K)”に近づく。したがって、σ(K
)は小さいという状態が長く続いたとき高周波振動の異
状と判定する。
これは、正常な場合でもノッキング現象が確率的に発生
するので、(K−π)tの絶対値のみでは異状判定が難
しいということを考慮したためである。
次に、高周波振動成分の異状判定を第16図に示すプロ
グラムを参照して説明する。本プログラムは前記セット
/リセット信号S31が(L)レベルとなる積分終了タ
イミング(第8図(チ)tz参照)の2°CA前の割込
みによって実行される。
まず、PSIで積分信号S7をA/D変換し、これを振
動相関量にとしてRAM72にストアする。
pszでは振動相関量にの平均値(移動平均値)マを次
式■に従って演算する。
+□(今回のK) ・・・・・・■ 但し、nは定数であり、n=16程度 次いで、PS3で今回の(K−K)”を演算し、P’に
4で前回の分散値σ′ (K)と今回の(K−マ)2を
比較する。σ′ (K)≧(K−K)”のときは高周波
振動が小さくなっており異常の可能性もあると判断して
、pssで今回のび(K)を次式■に従って演算し、い
わゆる(K−K)”の移動平均値を求める。
但し、mは定数であり、n=16程度 一方、σ′ (K)< (K−マ)2のときは高周波振
動が正常であると判断して、P56で今回のび(K)と
して(K−Kiを採用する。PS’?では分散値のスラ
イスレベルグ。を回転数Nをパラメータとして(すなわ
ち、σ。=ru、c (N))ルックアップし、PSl
lで今回の分散値σ (K)をスライスレベルσ。と比
較する。σ(K)≦σ。のときはPS9でフラグFCA
UTを立てる。フラグFCAUTは異常の可能性がある
ので注意を要するという意味のものである。そして、こ
のフラグFCAUTがセットされた状態がどの程度継続
するかによって、実際に高周波振動が異常であるとの判
定を下す。このm待時間はエンジンの運転領域によって
異なり、本実施例ではこれを第17図に示すように基本
噴射量Tpと回転数Nに応じて2つの領域I、■に区分
している。また、この′mm待時間点火回数の大きさで
判断する。
フラグFCAUTがセントされると、まず、P、。で領
域■の条件下においてFCAUT=1という状B(以下
、CAUT I ON状態という)が連続して255点
火以上連続したか否かを判別する。
255点火以上連続しているときは前述した判定原理か
ら高周波振動の異常を判断し、P61で異常フラグFH
IGHを立てるとともに、同フラグFHIGHのbit
−1を〔1〕としてリターンする。
また、255点火以上連続していないときはP6□に進
み、P6□で領域■の条件下においてCAUT1ON状
態が連続して20点火以上連続したか否かを判別する。
20点火以上連続しているときはPb0で異常フラグF
 HI G Hを立てるとともに、同フラグFHIGH
のbit−0を〔1〕としてリターンし、連続していな
いときはP64に進む。P64では領域■の条件下にお
いて20点火以上経過したがCAU、Tl0N状態が連
続ではないとしても一応wE続しているか否かを判別し
、CAUTION状態が途切れながらも継続していると
きはPusで異常フラグFHIGHを立てるとともに、
同フラグFHIGHのbit   Oおよびbit−1
を共に〔1〕としてリターンする。また、CAUTIO
N状態が継続していないときはP61+で異常フラグF
HIGHをリセットするとともに、同フラグFHIGH
のbit −0およびbit   1を共にクリアして
リターンする。これにより、異常フラグFHIGHがセ
ットされたとき、そのbitはその異常態様に応じてそ
れぞれ次のようになる。
そして、上記異常の態様はN V M73に記憶され、
故障診断に利用される。
一方、上記ステップPSBでσ(K)〉σ。のときは異
常の可能性が薄いと判断してP64にジャンプする。こ
のようにして、高周波振動の異常の有無が適切に判定さ
れる。
次に、異常モードの態様判定を第18図に示すプログラ
ムを参照して説明する。
まず、PH1で異常フラグFHIGHのbitを判ラグ
FLOWを判別し、FLOW=1のときはP73でモー
ド■を表示する。また、FLOW=Oのときはpt4で
モード■〜■の表示を解除する。
7.で同様に異常フラグFLOWを判別し、FLOW=
1のときはPVAでモード■を表示する。また、FLO
W=OのときはP?’lで失火フラグFMrSSを判別
する。FMISS=1のときはP?l+でモード■を表
示し、FMISS=OのときはP79でモード■を表示
する。
このように、前述の別表に示した異常判定原理から各フ
ラグFHIGH,FLOW、FMISSを適切に判別し
てモードI〜■の各異常状態が的確に判定される。なお
、本プログラムはバックグランドジョブによって処理す
るようにしてもよい。
以上の各プログラムによりエンジンの燃焼状態が常に適
切に監視される。したがって、例えば、従来例で指摘し
たようなセンサ信号系における電、気抵抗の増大という
事態に対しても、直ちにその異常がモード■をもって表
示されるとともに、この異常状態に対して詳細を後述す
るように点火時期制御への悪影響が回避される。
また、モード■による異常判定により上述のようなセン
サ信号系における電気抵抗の増大の判断のみならず、第
2抽出手段の機能が異常であるという判断も行うことが
できる。その結果、燃焼監視情報としての信転性を高め
ることができ、かかる情報を用いた燃焼制御の悪化を防
止することができる。
さらに、本実施例ではモード■の異常判定の他に、モー
ドI、■、■の各異常状態をも適切に判定することがで
きる。
次に、上述の燃焼監視情報(こ基づく点火時期制御につ
いて第19図に示すプログラムを参照して説明する。
最初に、点火時期制御を行うにあたっての基本的な考え
方を次に示す。
(A)MBT制御は、検出したθpmaxが次回に所定
の範囲内となるように点火時期を制御する。
(B)ノッキング制御は、ノッキングと判定されれば点
火時期を所定速度で遅角させ、非ノツクと判定されれば
進角させる。
(C)異常モードIのときは、MBT制御を停止し、予
め定められたベーステーブルの点火時期を与える。なお
、ノンキング制御は正常時と同様に行う。
(D)異常モードHのときは、MBT制御は正常通りに
行うが、ノッキング制御を停止する。
そして、ノッキングが発生しやすい予め決められた領域
で予め定められたテーブルデータに従って点火時期を制
御する。
(E)異常モード■および■のときは、MBT制御およ
びノンキング制御を共に停止し、予め定められたテーブ
ルデータに従って点火時期を制御する。
上記の基本的な考えの基に第19図に示すプログラムが
実行される。本プログラムでは入力信号処理と制御の概
略を示した第11図のルーチンと同一処理を行うステッ
プを包含しながらフローが流れる。したがって、以下の
説明中、第11図のものと同一処理内容のステップは○
印で囲む同一番号を付して、その処理説明を省略する。
P、を経ると、pHgでモード■、■であるか否かを判
別する。モード■、■であるときはノンキング振動に関
する情報が得られないと判断して、P8□でノンキング
が発生しやすい領域における点火時期のリタード(遅角
) 量DADVφをテーブルルックアンプし、Pa3で
次式■に従って最終的な点火時MADVを演算してPI
6に進む。
ADV=ADVφ−DADVφ ・・・・・・■なお、
リタード量DADVφはDADVφ=fur1c  (
Tp、 N)で与えられる。したがって、モード■、■
のときはMBT制御およびノンキング制御も共に停止さ
れて、テーブルデータのみに基づいて点火時期が制御さ
れることとなり、燃焼監視情報の質の低下に伴う燃焼悪
化を防ぐことができる。
一方、Pelでモード■、■でないときはP1□、PI
3を経てP 14に進む、P14でKV>KVφ(7)
ときはPa4でモード■であるか否かを判別する。モー
ドIのときはPel5で最終点火時!1JIAD■を基
本点火時期ADVφと置いてPI6に進む。したがって
、モードIのときはMBT制御が停止される。
また、モードIでないときはPa6でモード■であるか
否かを判別する。モードHのときはPe2にジャンプし
てモード■、■の状態と同様の点火時期制御を実行する
。モード■でないとき、すなわち、モード■〜■の何れ
にも該当しないときはpH’l以降のMBT制御に移行
する。
psiでは今回の燃焼ピーク位置θpmaxが所定値θ
□とθ9□の間にあるか否かを判別する。θpmaxく
8M1のときは点火時期を進角しすぎであると判断して
、P8IlでMBT制御のフィードバック補正量FBを
所定量すだけ小さくする(FB−FB−bとする)。θ
4□〈θpmaxのときは遅角しすぎであると判断して
、PI19でフラグFCAUTを判別する。そして、F
CAUT=Oのときのみpqoでフィードバック補正量
FBを所定11aだけ大きくする(PI3−FB+aと
する) 。FCAUT=1のときはP’llで次式〇に
従って最終点火時期AD■を演算した後、PI6に進む
ADV=ADVφ+ADV 1 +FB  ・・・・・
・■一方・P8?でθ旧≦θpmax≦θ阿2のときは
点火時期の補正程度が良好であると判断して、P9Zで
学習テーブルをフィードバック補正fJFBの値で書き
換えるとともに、P’+3で該補正IFBをFB=0と
してP’11に進む。このように、P87〜P93の各
ステップ処理によりいわゆるMBT制御が実行される。
この場合、モードI〜■の状態が除外されて燃焼監視情
報が高品質であるため、MBT制御の実効を図りエンジ
ンの運転性を格段と向上させることができる。
一方、上記ステップP14でKV≧KVφのときはノッ
クが発生していると判断されるので、P94でフィード
バック補正iFBを所定1cだけ小さくして点火時期を
遅角補正し、ノッキング抑制処理を実行する。次いで、
Pq5で学習条件であるか否かを判別する。ここに、学
習条件は、例えば過渡状態でないとき等エンジンの運転
状態が急変せずテーブルデータの学習を行うのに適した
とき成立する。学習条件でないときはpqbで学習テー
ブルのデータ(ADVI)を書き換えた後、P、、7で
フィードバック補正iFBをFB=OとしてPH1に進
む。
なお、上述した各モードI〜■の判定と点火時期制御は
何れも気筒別に実行、処理される。したかって、整備点
検や修理内容も気筒別に行うことができ、整備性を著し
く向上させることができる。
(効 果) 本発明によれば、燃焼状態を監視しつつ筒内圧信号の低
周波振動成分および高周波振動成分の分析からその正常
/異常を判別してセンサの出力信号系の異常を判別して
センサの出力信号系の異常(電気抵抗の増大等)を適切
に判定することができ、燃焼状態の監視精度を高めて、
燃焼監視情報としての信頼性を向上させることができる
その結果、エンジンの燃焼制御に本装置を適用した場合
、上記異常に基づく燃焼状態の悪化を適切に回避するこ
とができる。
また、上記実施例にあっては、モード■以外にモード■
、■、■の各異常状態も適切に判定することができ、燃
焼監視情報としての信頼性をより一層向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜19図は本発明の
一実施例を示す図であり、第2図はその全体構成図、第
3図はそのコントロールユニットを含む要部のブロック
構成図、第4図はそのチャージアンプの回路図、第5図
はその高周波振動検出回路の詳細なブロック構成図、第
6図はその増幅回路61、整流回路62および積分器6
3の回路図、第7図はその低周波振動検出回路の詳細な
ブロック構成図、第8図はその作用を説明するためのタ
イムチャート、第9図はそのθpmax検出のプログラ
ムを示すフローチャート、第10図はその信号処理波形
を示す波形図、第11図はその点火時期制御の概略を示
すフローチャート、第12図はその基本点火時期の特性
を示す図−第13図はその筒内圧信号の入力系の等価回
路を示す図、第14図はその低周波振動成分の異常判定
プログラムを示すフローチャート、第15図はその波形
処理の方法を示す波形図、第16図はその高周波振動成
分の異常判定プログラムを示すフローチャート、第17
図はそのエンジンの運転領域を示す図、第18図はその
異常モードの態様判定のプログラムを示すフローチャー
ト、第19図はその点火時期制御の詳細なプログラムを
示すフローチャート、第20図は従来の圧力センサを示
す図であり、第20図(alはその圧力センサの取付状
態を示す断面図、第20図(b)はその圧力センサの断
面図、第20図(C)はその圧力センサの平面図である
。 21・・・・・・エンジン、 56・・・・・・圧力検出手段

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a)エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段と、 b)圧力検出手段の出力から所定の低周波振動成分を抽
    出する第1抽出手段と、 c)圧力検出手段の出力から所定の高周波振動成分を抽
    出する第2抽出手段と、 d)所定の低周波振動成分および高周波振動成分に基づ
    いてエンジンの燃焼サイクル毎に燃焼振動エネルギに関
    連した物理量を演算し、該物理量から燃焼状態を監視す
    る燃焼監視手段と、e)第1抽出手段の出力から低周波
    振動成分が異常であるか否かを判別する第1判別手段と
    、f)第2抽出手段の出力から高周波振動成分が異常で
    あるか否かを判別する第2判別手段と、g)高周波振動
    成分が異常で低周波振動成分が正常であるとき、燃焼圧
    力の低周波振動パターンを分析して、圧力検出手段の出
    力信号系における電気抵抗が増大しているあるいは第2
    抽出手段が異常であると判定する異常判定手段と、を備
    えたことを特徴とする内燃機関の燃焼監視装置。
JP23581285A 1985-10-22 1985-10-22 内燃機関の燃焼監視装置 Granted JPS6295441A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02223654A (ja) * 1989-02-23 1990-09-06 Mitsubishi Motors Corp 火花点火内燃エンジンの燃焼判定方法
JPH04103859A (ja) * 1990-08-24 1992-04-06 Mitsubishi Electric Corp 圧力センサのフェール検出方法
JP2005171856A (ja) * 2003-12-10 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd エンジンのノック検出装置及びノック制御装置
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JP2015117622A (ja) * 2013-12-18 2015-06-25 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置及び検出方法

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